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1、面試題介紹
以前面試，面試官問了一個問題，大意是：
我們在終端中，通過執行
python main.py命令，會啟動一臺前臺進程直到程式結束。現在我還是想通過執行python main.py，啟動一個後臺進程，讓後臺進程運行我們的業務邏輯。這個時候應該怎麼做呢？
回答上面這道題，需要先瞭解什麼是前臺進程和後臺進程，什麼是孤兒進程和僵屍進程？接下來，我們先一起看看前臺進程和後臺進程，以及孤兒進程和僵屍進程。最後再通過編寫代碼來完成面試題的需求。
2、前臺進程和後臺進程
2.1 什麼是前臺進程
在 Linux 中，前臺進程是指當前正在運行的進程，它與用戶交互並占用終端。當用戶在終端中輸入命令時，該命令所啟動的進程就是前臺進程。
前臺進程會占用終端，直到它執行完畢或者被中斷（例如按下 Ctrl+C）。在前臺進程運行期間，用戶可以通過鍵盤輸入命令或者發送信號來與進程交互。
2.2 什麼是後臺進程
Linux 後臺進程是指在終端中運行的進程，但是不會占用終端的輸入輸出，而是在後臺運行。
在 Linux 中，可以通過在命令後面加上 & 符號來將進程放到後臺運行。例如，運行命令 command & 就可以將 command 進程放到後臺運行。
後臺進程可以在終端關閉後繼續運行，也可以同時運行多個後臺進程。可以使用 jobs 命令查看當前運行的後臺進程，使用 fg 命令將後臺進程切換到前臺運行，使用 bg 命令將前臺進程切換到後臺運行。
需要註意的是，後臺進程在另外的終端是查看不到任何信息的，如果需要查看進程的輸出信息，一般是將輸出重定向到文件中，然後使用 tail 命令實時查看輸出。
2.3 前臺進程、後臺進程如何切換
在 Linux 中，可以使用以下命令將前臺進程切換到後臺進程：
- 使用 Ctrl + Z 將當前正在運行的前臺進程掛起。
- 使用
bg命令將掛起的進程切換到後臺運行。
使用 command & ，這樣的方式是一開始就將 command 進程放到後臺運行。
我們通過下麵這個例子，來感受下前臺進程和後臺進程是如何切換的。
1、編寫 test.py文件。
import os
import time
def main():
a = 1
while True:
time.sleep(1)
a += 1
print("a---->", a)
if a > 30:
break
if __name__ == '__main__':
main()
2、通過 python test.py執行程式。然後使用ctrl + Z 是程式暫停到後臺。註意，這個時候程式不會再往下執行了。
-
如果想程式繼續往下執行，使用
bg命令將其切換到後臺運行。 -
還有一種方式是：在最開始執行命令的時候，加上
&。即python main.py &。
python test.py
a----> 2
a----> 3
^Z
[1] + 1761 suspended python test.py
sample_test [master●] %
3、通過jobs命令查詢後臺進程。
sample_test [master●] % jobs
[1] + suspended python test.py
sample_test [master●] %
4、使用fg命令將指定的後臺進程切換到前臺運行。（fg %N，這裡的N是 jobs返回的序號，並不是進程的PID）
sample_test [master●] % fg %1
[1] + 1761 continued python test.py
a----> 4
a----> 5
a----> 6
a----> 7
3、孤兒進程和僵屍進程
通過上面的講解，我們知道了什麼是後臺進程和前臺進程。接下來，我們再講講什麼是孤兒進程和僵屍進程。
3.1 什麼是孤兒進程
孤兒進程是指父進程已經結束或者異常退出，而子進程還在運行的情況下，子進程就會變成孤兒進程。孤兒進程會被操作系統的init進程接管，init進程會成為孤兒進程的新的父進程，並負責回收孤兒進程的資源，避免資源泄露和浪費。
因此一般來說，孤兒進程並不會有什麼危害。
我們來看一個關於孤兒進程的例子：
在main函數中，創建子進程，然後讓父進程睡眠1s，讓子進程先運行列印出其進程id(pid)以及父進程id(ppid)；隨後子進程睡眠3s（此時會調度到父進程運行直至結束），目的是讓父進程先於子進程結束，讓子進程有個孤兒的狀態；最後子進程再列印出其進程id(pid)以及父進程id(ppid)；觀察兩次列印 其父進程id(ppid)的區別。
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子進程
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子進程
print("I am the child process.")
print("pid:%d, ppid:%d " % (os.getpid(), os.getppid()))
# 子進程睡眠3s，保證父進程先退出，此後子進程成為孤兒進程
time.sleep(3)
# 註意查看孤兒進程的父進程變化
print("after sleep, pid:%d, ppid:%d" % (os.getpid(), os.getppid()))
assert os.getppid() == 1
print("child process is exited.")
else:
print("I am father process.")
# 為保證子進程先運行，讓父進程睡眠1s
time.sleep(1)
print("father process is exited.")
if __name__ == '__main__':
main()
執行結果：
運行結果表明：當父進程結束後，子進程成為了孤兒進程。因為它的父進程id（ppid)變成了1，即init進程成為該子進程的父進程了。
3.2 什麼是僵屍進程
Linux 僵屍進程是指已經結束執行的進程，但是其父進程還沒有對其進行處理，導致該進程的進程描述符仍然存在於系統中，這種進程被稱為僵屍進程。
僵屍進程不會占用系統資源，但是如果大量的僵屍進程存在，會占用系統的進程描述符資源，導致系統進程描述符資源耗盡，從而導致系統崩潰。
為了避免僵屍進程的出現，父進程需要及時對其進行處理，可以使用 wait() 或 waitpid() 等系統調用來等待子進程結束並回收其資源。另外，也可以使用信號處理機制，在父進程中註冊 SIGCHLD 信號處理函數來處理子進程結束的信號。
關於僵屍進程的例子：
在main函數中，創建子進程，然後讓父進程睡眠30s，讓子進程先終止（註意和孤兒進程例子的區別）；這裡子進程結束後父進程沒有調用wait/waitpid函數獲取其狀態，用ps查看進程狀態可以看出子進程為僵屍狀態。
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子進程
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子進程
print("I am the child process.I am exited.")
exit(0)
else:
print("I am father process.")
# 父進程睡眠30s等待子進程退出，且沒有調用wait/waitpid獲取其狀態
# 子進程會成為僵屍進程
time.sleep(30)
print("father process is exited.")
if __name__ == '__main__':
main()
開一個終端，在終端是運行test.py。
在子進程結束，父進程睡眠（還沒退出）的時候，再開一個終端用PS查看進程狀態。
註意：
- 任何一個子進程(init除外)在exit()之後，其實它並沒有真正的被銷毀，而是留下一個稱為僵屍進程(Zombie)的數據結構，等待父進程處理。
這是每個子進程在結束時都要經過的階段。 - 如果子進程在exit()之後，父進程沒有來得及處理，這時用ps命令就能看到子進程的狀態是“Z”。如果父進程能及時處理，可能用ps命令就來不及看到子進程的僵屍狀態，但這並不等於子進程不經過僵屍狀態。
- 如果父進程在子進程結束之前退出，則子進程將由init接管。init將會以父進程的身份對僵屍狀態的子進程進行處理。
- 如果父進程是一個迴圈，不會結束，那麼子進程就會一直保持僵屍狀態，這就是系統中有時候會有很多僵屍進程的原因。
那麼如何殺死僵屍進程呢，可以查詢 僵屍進程與孤兒進程 鏈接，來進行學習，這裡就不再講述。
3.3 總結
- 孤兒進程：父進程已亡，子進程成為孤兒，被init進程收養，由init進程對它們完成狀態收集工作，因此一般沒有壞的影響。
- 僵屍進程：子進程已亡，父進程沒給子進程收屍，子進程成為僵屍進程，占用系統資源。
4、面試題解決方式
現在再回過頭來看 面試題的要求：
在終端中執行
python main.py命令，啟動後臺進程來進行業務處理。
那麼我們可以利用孤兒進程的特性，完成上面的需求。
1、通過 os.fork()創建子進程。
2、創建完成後，讓父進程退出，子進程繼續運行。
簡單案例：
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子進程
a = 0
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子進程
for i in range(10):
time.sleep(1)
a += i
print("child process calculate result: %d" % a)
else:
print("I am father process.")
exit(0)
if __name__ == '__main__':
main()
sample_test [master●] % python test.py
I am father process.
10秒鐘過後
sample_test [master●] % child process calculate result: 45
參考資料：
